CN108483542B - 空气循环能量回收废水蒸发分盐系统及废水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统及废水处理方法。所述系统包括：一个以上的废水处理单元，其包括：料液循环单元，至少用以容置料液；蒸发单元，包括：蒸发室，蒸发室内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个料液分布缓冲机构，将浓缩的料液返输至料液循环槽中；冷凝单元，包括：冷凝室，其包括翅片/列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽。本发明提供的系统利用料液的温度逐级温差，进行阶梯度的蒸发循环，每一个下级循环的料液返回吸收上一级循环料液的潜热和显热，提高了蒸发的效率和热能的循环重复利用。

Description

空气循环能量回收废水蒸发分盐系统及废水处理方法

技术领域

本发明涉及一种废水低温蒸发处理系统，特别涉及一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统及废水处理方法，属于废水处理设备技术领域。

背景技术

蒸发浓缩是化工制药、食品、电镀废水零排放表面处理产品生产过程中的基本单元操作设备。对热敏性料液，为防止营养成分或活性成分等的损失，还有需要回收利用提纯净化的料液，往往需要在低温下蒸发浓缩。传统的低温蒸发浓缩方法一般采用多效负压真空蒸发，即利用真空下料液沸点降低的原理，使料液在适当的真空度下、在低于100℃的温度下沸腾，将料液的浓度提高，进而获得满足工艺要求的浓缩料液。但负压真空蒸发方法需配备抽真空设备，蒸发浓缩系统本身也要有较好的承压性和密封性，因此，系统的设计、制造、安装及操作要求均较高，抽真空的能耗也很大，系统的初投资和运行费用也较高。另外，在各种工业生产过程中，往往会产生一定量污染浓度比较高的废水、废液，通常的处理工艺，当前主要采用两种方式去除：一种是通过物理化学、生物处理的方法将废水、废液中的污染物去除，这方面主要是着眼于将高浓度废水废液中的污染物进行降解分化后处理，以使废水可以达到排放标准。采用这种处理方式，不仅因高浓度废水废液中的各种污染物含有量较高，而使得处理成本高昂，并且处理效果也不稳定；与此同时，部分污染物中具有极高的利用价值的物质，这种方法不能将它们进行回收利用，而只是除去，就白白地浪费了大量宝贵的物质。另外一种是加热蒸发方式，即采用类似于多效蒸发的技术和MVR蒸发技术，但是多效蒸发与MVR蒸发技术是在低压的状态下将废水加热至85℃～95℃属于压力容器蒸发设备，将纯净水蒸馏出来，这种工艺方法往往系统复杂，维护保养周期短难度大，抽真空能耗较大，同时加热导致废水中污染物性质改变，丧失回收价值。虽然超低真空蒸发和多效蒸发以及mvr设备，能够针对浓缩的料液进行部分物质的回收，但是真空蒸发设备无法直接结晶分盐(mvr蒸发系统浓缩料液最高浓度大致到55％)连接分盐设备，必须增加多个电磁阀控制储液罐切换，释放真空后才可以连接料液转移分盐；另外真空蒸发设备都必须是金属材料制作，但金属抗腐蚀性能差。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统及废水处理方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，包括：

一个以上的废水处理单元，其用以将进入的料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，以将非挥发性组分结晶分离，其包括：

料液循环单元，包括料液循环槽，至少用以容置料液；

蒸发单元，包括：

蒸发室，所述蒸发室内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，从料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个所述料液分布缓冲机构，而将浓缩的料液返输至料液循环槽中，

第一进气模块和第一排气模块，所述第一进气模块和第一排气模块相对设置于蒸发室的两侧，并至少用以将进入蒸发室的料液全部挥发性组分蒸发形成蒸汽并输送至冷凝单元，

冷凝单元，包括：

冷凝室，其包括翅片或列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽，

第二进气模块和第二排气模块，所述第二进气模块和第二排气模块相对设置于冷凝室的两侧，其至少用以将蒸发室形成的蒸汽输送至冷凝室，并将干燥的气体输送至蒸发室；其中，所述第二进气模块与第一排气模块连接，第二排气模块与第一进气模块连接，

蒸馏液槽，至少用以容置所述蒸馏液；

热能供给-回收换热单元，其至少用以从所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的包含供给吸收循环热能的功能单元中回收热能，以及向所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的需要补充热能的功能单元中提供热能。

本发明实施例还提供了一种废水处理方法，包括：

提供所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统；

料液存储桶内的料液依次流经热泵机组、料液循环单元、蒸发单元和冷凝单元，料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，之后冷凝形成蒸馏液排出，料液中的非挥发性组分结晶分离。

与现有技术相比，本发明提供的系统集成模块化设计，结构简单，并利用料液的温度逐级温差，进行阶梯度的蒸发、以及显热和潜热的逐级逆向回收吸收重复利用，每一个下级循环的料液返回吸收上一级循环料液的潜热和显热，提高了蒸发的效率和能源的回收利用；同时系统蒸发单元内采用产生模拟降雨料液分布机构切割分散混合料液，增加了空气和料液接触面积，水汽交换效果达到95-98％；以及蒸发单元末级模块内设置连续固液分离装置，保证蒸发单元内形成的固体结晶不会堵塞槽口。

附图说明

图1是本发明一典型实施案例中一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的结构示意图；

图2是本发明一典型实施案例中包含两个废水处理单元的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的结构示意图；

图3是本发明一典型实施案例中蒸发单元的剖面结构示意图；

图4是本发明一典型实施案例中多孔斜板的结构示意图；

图5是本发明一典型实施案例中料液缓冲槽内第二排水口的结构示意图；

图6是本发明一典型实施案例中料液缓冲槽内第一排水口结构示意图；

图7是本发明一典型实施案例中蒸发单元的结构示意图；

图8是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一进气模块的结构示意图；

图9是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一进气模块的剖面结构示意图；

图10是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一进气模块内空气分布格栅的结构示意图；

图11是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一排气模块的结构示意图；

图12是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一排气模块内吸水器的结构示意图；

图13是本发明一典型实施案例中蒸发单元第一排气模块的剖面结构示意图；

图14是本发明一典型实施案例中冷凝单元的结构示意图；

图15是本发明一典型实施案例中冷凝单元第二进气模块的结构示意图；

图16是本发明一典型实施案例中蒸发单元第二进气模块的剖面结构示意图；

图17是本发明一典型实施案例中蒸发单元第二排气模块的结构示意图；

图18是本发明一典型实施案例中蒸发单元第二排气模块的剖面结构示意图；

图19是本发明一典型实施案例中蒸发单元冷凝室的结构示意图；

图20是本发明一典型实施案例中冷凝室中翅片或列管潜热回收冷凝器的结构示意图；

图21是本发明一典型实施案例中热泵内循环式空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的结构示意图；

图22是本发明一典型实施案例中包含两个废水处理单元的热泵内循环式空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的结构示意图；

图23是本发明实施例2中冷却塔辅助内循环蒸发系统的结构示意图；

图24是本发明实施例3中开式+内循环2效蒸发系统结构示意图；

图25是多效蒸发系统、低温常压蒸发系统(即本发明一典型实施案例中一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统)以及机械蒸汽压缩蒸发系统处理一吨水的费用对比图。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本发明实施例提供了一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，包括：

一个以上的废水处理单元，其用以将进入的料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，以将非挥发性组分结晶分离，其包括：

料液循环单元，包括料液循环槽，至少用以容置料液；

蒸发单元，包括：

蒸发室，所述蒸发室内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，从料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个所述料液分布缓冲机构，而将浓缩的料液返输至料液循环槽中，

第一进气模块和第一排气模块，所述第一进气模块和第一排气模块相对设置于蒸发室的两侧，并至少用以将进入蒸发室的料液全部挥发性组分蒸发形成蒸汽并输送至冷凝单元，

冷凝单元，包括：

冷凝室，其包括翅片或列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽，

第二进气模块和第二排气模块，所述第二进气模块和第二排气模块相对设置于冷凝室的两侧，其至少用以将蒸发室形成的蒸汽输送至冷凝室，并将干燥的气体输送至蒸发室；其中，所述第二进气模块与第一排气模块连接，第二排气模块与第一进气模块连接，

蒸馏液槽，至少用以容置所述蒸馏液；

热能供给-回收换热单元，其至少用以从所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的包含供给吸收循环热能的功能单元中回收热能，以及向所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的需要补充热能的功能单元中提供热能。

进一步的，所述料液分布缓冲机构包括一多孔斜板，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板的倾斜方向相反。

优选的，所述多孔斜板的倾斜角度为10-15°。

优选的，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板上的孔非对称设置。

优选的，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板上的孔相互交叉设置，孔的形状、大小相同或不相同；例如上层多孔斜板上的孔为扁条孔，与之相邻的下层多孔斜板的孔为圆形孔。

进一步的，所述料液分布缓冲机构还包括料液缓冲槽，所述料液缓冲槽的下部与所述多孔斜板连接；任一所述料液分布缓冲机构的多孔斜板还与相邻料液分布缓冲机构的料液缓冲槽的上部连接。

进一步的，所述料液缓冲槽的底部设置有一个以上的第一排水口，所述料液缓冲槽的下部与多孔斜板连接处设置有一个以上的第二排水口。

优选的，所述第一排水口和/或第二排水口呈扁条形。

进一步的，所述料液循环槽包括料液储槽和高位料液储槽，所述料液储槽设置于蒸发单元的下方，高位料液储槽设置于蒸发单元的上方，所述料液储槽和高位料液储槽经循环泵浦连接。

进一步的，所述高位料液储槽的底部与蒸发室的顶部连接，至少使高位料液储槽内的料液能够通过重力自动流入蒸发室内。

更进一步的，所述高位料液储槽的一侧设置有液位挡板，其至少使料液呈瀑布状沿所述液位挡板均匀流入蒸发室的料液缓冲槽内。

进一步的，所述第一排气模块经循环风机与第二进气模块连接；所述第一进气模块和/或第二进气模块包括经第一气流通道连接的第一进气口和第二进气口，所述第一进气口设置于第一气流通道的顶部，且所述第一进气口的轴线方向和第二进气口的轴线方向垂直设置。

优选的，所述第一进气口和第二进气口均为沿气流方向半径逐渐增大的喇叭状。

优选的，所述第二进气口的开口处还连接有带有网孔的第一挡板。

优选的，所述第一挡板为圆形挡板。

优选的，所述第一气流通道内具有沿径向方向设置有空气分布格栅，所述空气分布格栅于第一气流通道内的位置可以调节。

更进一步的，所述第一排气模块和/或第二排气模块包括经第二气流通道连接的第一排气口和第二排气口，所述第二排气口设置于第二气流通道的顶部，且所述第一排气口的轴线方向和第二排气口的轴线方向垂直设置。

优选的，所述第一排气口和第二排气口均为沿气流方向半径逐渐减小的喇叭状。

优选的，所述第一排气口的开口处还连接有带有网孔的第二挡板。

优选的，所述第二挡板上的网孔数量由下至上逐渐减少。

优选的，所述第二挡板为方形挡板。

优选的，所述第二气流通道内设置有水汽分离除雾装置，其至少用以分离蒸汽中的杂质。

优选的，所述水汽分离除雾装置包括收水器、迷雾分离网和膜片。

优选的，所述收水器包括W型收水器。

进一步的，所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统包括：料液存储桶，所述料液存储桶经热泵机组与料液循环槽连通；以及

所述料液存储桶还经循环泵浦与冷凝室中的翅片或列管潜热回收冷凝器连接。

优选的，所述翅片或列管潜热回收冷凝器内具有供料液循环流通的管腔。

在一些较为具体的实施方案中，所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统包括两个以上的废水处理单元，任一废水处理单元的料液循环单元经循环泵浦与相邻废水处理单元的翅片或列管潜热回收冷凝器连接。

进一步的，相邻两废水处理单元的料液循环单元之间经循环泵浦连接。

本发明实施例还提供了一种废水处理方法，包括：

提供所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统；

料液存储桶内的料液依次流经热泵机组、料液循环单元、蒸发单元和冷凝单元，料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，之后冷凝形成蒸馏液排出，料液中的非挥发性组分结晶分离。

如下将结合附图对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

请参阅图1和图21，一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，包括：

废水处理单元，其用以将进入的料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，以将非挥发性组分结晶分离，其包括：

料液循环单元，包括料液循环槽，至少用以容置料液，

蒸发单元，包括：

蒸发室4，所述蒸发室内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，从料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个所述料液分布缓冲机构，而将浓缩的料液返输至料液循环槽中，

第一进气模块51和第一排气模块52，第一进气模块51和第一排气模块52相对设置于蒸发室4的两侧，并至少用以将进入蒸发室的料液全部挥发性组分蒸发形成蒸汽并输送至冷凝单元，

冷凝单元，包括：

冷凝室7，其包括翅片或列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽8，

第二进气模块61和第二排气模块62，所述第二进气模块61和第二排气模块62相对设置于冷凝室的两侧，其至少用以将蒸发室形成的蒸汽输送至冷凝室，并将干燥的气体输送至蒸发室；其中，所述第二进气模块61与第一排气模块52连接，第二排气模块62与第一进气模块51连接，气流沿气流方向001在蒸发室和冷凝室之间循环，蒸发室4和冷凝室内均为常压密闭环境，其有利于提高蒸发和冷凝效率；

蒸馏液槽8，至少用以容置蒸馏液；

料液存储桶1，料液存储桶经热泵机组2与料液循环槽连通；以及料液存储桶1还经循环泵浦与冷凝室7中的翅片或列管潜热回收冷凝器连接；

热能供给-回收换热单元003，其至少用以从所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的包含供给吸收循环热能的功能单元中回收热能，以及向所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的需要补充热能的功能单元中提供热能。

具体的，请参阅图3，料液循环槽包括位于蒸发室4下方的料液储槽3和位于蒸发室4上方的高位料液储槽31，料液储槽3和高位料液储槽31经循环泵浦9连接，高位料液储槽31的底部与蒸发室4的顶部连接，至少使高位料液储槽内的料液能够通过重力自动流入蒸发室内；具体的，在高位料液储槽31的一侧设置有液位挡板，料液能够沿液位挡板32呈瀑布状经料液溢流口101流入蒸发室内的料液缓冲槽102内；

请参阅图7，蒸发单包括：蒸发室4以及分布于蒸发室4两侧的第一进气模块51和第一排气模块52，并至少用以将进入蒸发室的料液全部挥发性组分蒸发形成蒸汽并输送至冷凝单元。

请参阅图3，蒸发室4内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，由料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个料液分布缓冲机构，而将浓缩的料液返输至料液循环槽中，

具体的，料液分布缓冲机构包括一多孔斜板41和料液缓冲槽102，多孔斜板41的一端与料液缓冲槽102的下部连接，且任一料液分布缓冲机构的多孔斜板41还与相邻料液分布缓冲机构的料液缓冲槽102的上部连接，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板的倾斜方向相反，倾斜角度可以相同或不相同；优选为倾斜角度(10-15°)相同；上下相邻设置的两料液分布缓冲机构的多孔斜板41(如图4所示)上的孔相互交叉设置，孔的形状、大小相同或不相同，从而使料液被分割呈不规则状态(多孔斜板41上的孔(呈百叶窗式分布)从多孔斜板的表面向上突出，由于这种形状和方向，料液的流动(通过文丘里作用)在这些开口中产生微负压，这种微负压结合低静压的液体可以使料液传输的压力达到25-120Pa，并以每小时1000-2500m³空气/m²穿过多孔斜板)；例如上层多孔斜板上的孔为扁条孔或方孔(方孔的大小尺寸是10*20mm，5*10mm，3*6mm，7*15mm)，与之相邻的下层多孔斜板的孔为圆形孔(圆形孔的大小可以是直径：5-7mm、7-9mm、9-15mm、15-20mm)，料液缓冲槽102的底部设置有一个以上的第一排水口103(第一排水口的分布如图6所示)，料液缓冲槽的下部与多孔斜板连接处设置有一个以上的第二排水口104(第二排水口的分布和形状如图5所示)；第一排水口103和第二排水口104至少用于释放料液使其在多孔斜板上形成料液薄膜并呈降雨调节，以及排除冲刷多余的料液，避免料液固体积累结垢凝聚，同时也能够使料液缓冲槽内的料液流入下方的料液缓冲槽；其中第一排水口和/或第二排水口呈扁条形；在蒸发室4的下部还设置有用以容置固体结晶的容置机构33。

请参阅图8和图9，第一进气模块51包括一气流通道、位于气流通道两端的进气口510、511，进气口510设置于气流通道的顶部，且进气口510的轴线方向和进气口511的轴线方向垂直设置，使得气流垂直交叉进入，气流通道内设置有空气分布格栅513(空气分布格栅的结构示意图如图10所示)，以切割空气使气流均匀进入；进气口510、511均为沿气流方向半径逐渐增大的喇叭状(例如进气口510可以包括圆形开口部和方形开口部，气流依次经圆形开口部和方形开口部进入气流通道内，进气口511包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部从气流通道进入蒸发室4内)，即气流经进气模块需90°转弯进入蒸发室内，进气口511处设置有一多孔挡板512(可以是圆形)，以对气流进行二次分配，使其均匀进入蒸发室；多孔挡板512上的孔可以是圆孔、也可以是扁条孔，或者是两者的结合；

请参阅图11和图13，第一排气模块5,包括经气流通道以及连接于气流通道两端的排气口520、521，排气口520设置于气流通道的顶部，且排气口520的轴线方向和排气口521的轴线方向垂直设置，即气流经第一排气模块需90°转弯排出蒸发室，在气流通道内设置有水汽分离除雾装置523(水汽分离除雾装置包括叠层设置的收水器、迷雾分离网和膜片；收水器包括W型收水器，收水器的结构如图12所示)水汽分离除雾装置至少用以分离被蒸发的物质中比重较大的分子，尽量保证被蒸发出去的水蒸气纯净接近99.5-99.8％的纯净度；排气口520、521均为沿气流方向半径逐渐减小的喇叭状(例如排气口520可以包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部进入流通道内，排气口521包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部从气流通道排出)；其中排气口521处设置有多孔挡板522；多孔挡板522上的网孔数量由下至上逐渐减少，以保证空气分布的均匀性。

蒸发室4底部可以设置固液分离装置，其使蒸发室内析出的固体结晶与料液分离，并使分离后的料液进入料液循环单元，析出的固体结晶进入容置机构33。

请参阅图14，冷凝单元，包括：冷凝室7，其包括翅片或列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽8，第二进气模块61和第二排气模块62，其至少用以将蒸发室形成的蒸汽输送至冷凝室，并将干燥的气体输送至蒸发室；其中，第二进气模块61与第一排气模块连接，第二排气模块62与第一进气模块连接；蒸馏液槽8，其设置于冷凝室7的底部，并至少用以容置所述蒸馏液。

请参阅图15和16，第二进气模块61包括一气流通道、位于气流通道两端的进气口610、611，进气口610设置于气流通道的顶部，且进气口610的轴线方向和进气口611的轴线方向垂直设置，使得气流垂直交叉进入；进气口610、611均为沿气流方向半径逐渐增大的喇叭状(例如进气口610可以包括圆形开口部和方形开口部，气流依次经圆形开口部和方形开口部进入气流通道内，进气口611包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部从气流通道进入冷凝室7内)，即气流经进气模块需90°转弯进入冷凝室内，进气口611处设置有一多孔挡板612(可以是圆形)，以对气流进行二次分配，使其均匀进入冷凝室7；多孔挡板612上的孔可以是圆孔、也可以是扁条孔，或者是两者的结合；

请参阅图17和图18，第二排气模块62包括经气流通道以及连接于气流通道两端的排气口620、621，排气口620设置于气流通道的顶部，且排气口620的轴线方向和排气口621的轴线方向垂直设置，即气流经第二排气模块需90°转弯排出冷凝室，排气口620、621均为沿气流方向半径逐渐减小的喇叭状(例如排气口620可以包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部进入流通道内，排气口621包括方形开口部和圆形开口部，气流依次经方形开口部和圆形开口部从气流通道排出)；其中排气口621处设置有多孔挡板622；多孔挡板622上的网孔数量由下至上逐渐减少，以保证空气分布的均匀性。

请参阅图19，冷凝室7内设置有复数组翅片或列管潜热回收冷凝器71(其结构可参阅图20所示)，翅片或列管潜热回收冷凝器71具有供料液循环流通的管腔，其可以经连接管和循环泵浦与料液存储桶1和/或热能供给-回收换热单元003连接。

请参阅图2和图22，在一些较为具体的实施方案中，所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统包括两个以上的废水处理单元，相邻两废水处理单元的料液循环单元之间经循环泵浦连接，任一废水处理单元的料液循环单元经循环泵浦9还与相邻废水处理单元的冷凝室连接；具体的，任一废水处理单元的料液循环单元的料液储槽3、高位料液储槽31还与相邻废水处理单元冷凝室中的翅片或列管潜热回收冷凝器71连接，使冷凝室7中气体液化释放的热量被翅片或列管潜热回收冷凝器71中的料液吸收被返回料液储槽3中而进入蒸发循环中。

本发明实施例还提供了一种废水处理方法，包括：

提供所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统；

料液存储桶内的料液依次流经热泵机组预加热、料液循环单元、蒸发单元和冷凝单元，料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，之后冷凝形成蒸馏液排出，料液中的非挥发性组分结晶分离。

或者，当使用具有多个废水处理单元的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统时，料液在经热泵机组预加热之后，经多个废水处理单元逐级蒸发、冷凝处理，每个废水处理单元独立工作的同时，也相互协同，任一废水处理单元的料液储槽3与同一废水处理单元的高位料液储槽31连接的同时，还与相邻废水处理单元的冷凝室7连接，使的料液可以经蒸发室7内吸收气体液化后释放的热能而升温后再进入高位料液储槽，节约能源的同时，可以提高蒸发的效率。

本发明提供的系统集成模块化设计，结构简单，并利用料液的温度逐级温差，进行阶梯度的蒸发，每一个下级循环的料液返回吸收上一级循环料液的潜热和显热，提高了蒸发的效率；同时系统蒸发单元内采用产生模拟降雨料液分布机构切割料液，增加了空气和料液接触面积，水汽交换效果达到95-98％；以及蒸发单元内设置连续性固液分离装置，保证蒸发单元内形成的固体结晶不会堵塞槽口。

料液在蒸发室内呈薄膜状流动，在从射孔的开口进入液体的下降膜后，形成的气泡会有一个与周围液体几乎相等的压力，这些气泡不会膨胀(这会增加它们的浮力)，但会被湍急的液体流动拉下来，像稀薄的、拉长的气泡。由此产生的大接触面积、相对较长的接触时间和混合气液流动的湍流有助于系统的有效质量转移。由于气泡总区形成的气液接触面积相对较大，多孔斜板)的总面积相对较小，因此，这些板块之间的距离可能更大，因为这个更大的空间，每个穿孔板(及多孔斜板)都可以有一个气体供应-和一个排气通道，气体从液体表面逃逸到排气通道，速度通常低于0.75m/s。这种低速阻止了液体颗粒(气溶胶)的脱离，并成为空气。穿孔除了它们的文丘里作用外，它们还能够阻止液体进入气体通道。因此，该通道将保持干燥，只能由可能存在于气体流动中的干物质污染。此外，大的距离在板之间允许检查和必要的高压喷射清洗。另一个方面是，接触媒体之间的成分和/或热量交换仅仅发生在延伸的气泡和周围湍流的液体之间的边界层上。因此，介质中存在的固体颗粒不会沉积在板块表面，也不会在板块表面形成环状结构，而是在液体的快速流动中悬浮。同时，在板表面的固体沉积也被快速移动和大量的液体薄膜所阻挡，这些液体使板块持续不断地浸湿并清扫干净。这种没有足够的湿润的“死”角或通道，阻止了固体颗粒的沉淀和生长，而在通常情况下，这些颗粒会阻碍媒体的通过。

根据系统模块的设计理念，冷凝热回收模块的三围尺寸与蒸发模块完全一样，内部结构有所不同只是，核心冷凝室内部放置的是多组化的翅片换热器，换热器的材料可以是毛细管式的铁氟龙ptfe换热模块，或者是钛合金，铝合金翅片换热器模组，根据料液的成分不同所采用的结构和材料有所不同，进气模块和排气模块结构同蒸发模组，只是排气模块取消了迷雾分离装置。

基于本发明一典型实施案例中一种GER低温蒸发系统(即空气循环能量回收废水蒸发分盐系统)与MVR蒸发系统设计和性能对比如表1和表2所示。基于发明一典型实施例中一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统处理各种水质的测试结果如表3所示；其中不同温度下饱和湿空气含水量如表4所示。其中MVR/多效蒸发系统、低温常压蒸发系统(即空气循环能量回收废水蒸发分盐系统)以及机械蒸汽压缩蒸发系统处理一吨水的费用对比如图25所示。

表1为本发明一典型实施案例中提供的一种GER低温蒸发系统(即空气循环能量回收废水蒸发分盐系统)与MVR/多效蒸发系统的设计对比

表2为本发明一典型实施案例中提供的一种GER低温蒸发系统(即空气循环能量回收废水蒸发分盐系统)与MVR/多效蒸发系统的性能对比

表3为发明一典型实施例中一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统处理各种水质的测试结果如下：

表4不同温度下饱和湿空气含水量(g/kg干空气)

实施例1

请参阅图1，内循环常压蒸发系统

由于此种设计模式采用原料液吸收蒸发出来的潜热，所以能效比会提供接近传统的1.5效蒸发器的能耗，系统的工作状态和大气压一个压强下工作，没有复杂的真空管理装置，系统常压工作安全，低故障率，寿命超长，此种模式需要一个相对较大的原料液储存槽，以吸收蒸发器中的潜热并将其变成显热进行储存，从而进行二次/三次/多次利用。

工作流程：先通过循环泵浦给系统补充料液，完成后外部热源通过换热器(即热泵机组2)给料液进行加热带温度达到设定温度70-75℃，系统开始启动工作，风扇/风机和循环泵浦9首先启动，首先为蒸发室4上部的高位料液储槽31补充料液，达到液位时，料液自动进入蒸发室4进行水汽交换蒸发，料液被蒸发模块内部的降雨结构(即料液分布缓冲机构)自动处理好，此时水蒸气被风扇牵引到冷凝室7，冷凝室7内部的换热器吸收蒸发热后，水蒸气变成冷凝水自动流入下部水槽，此时蒸发潜热被原料液吸收到料液存储桶1当中，根据蒸发液位的需要，循环泵浦会自动启动补充料液，进行热量二次循环利用。

原理：1m³水加热1K(1℃)＝1.16kWh/m³+从液态水转化成水蒸汽＝630kWh/m³，正常大气压下：20℃-100℃＝80K＝～93kWH/m³+630kWh/m³＝最小723kWH/m³，另外再加15％的热损失≈723*1.15＝831Kw，再加上系统工作各个风扇电机的能耗≈30Kw，实际蒸发一吨水的实际能耗(以电能计算)≈860Kw。1.5效能耗≈860/1.5＝573Kw。

实施例2

如图23所示，冷却塔辅助内循环蒸发系统，在如图1中所述的系统基础上连接冷却塔010，

此种情况根据料液蒸发量不多时，由于吸收蒸发热需要更多的料液，如果没有过多料液储槽和料液时，需要冷却塔辅助散热才能满足系统内部循环的稳定性和蒸发系统的性能，其系统工作流程原理与实施例1中系统相同。当原料液吸收蒸发热达到50℃时，此时冷却塔介入工作来及时排除多出的热能保证冷凝室的工作条件。

实施例3

如图24，开式+内循环2效蒸发系统冷

这种系统组合一侧就是一组标准型的蒸发系统，另一侧另外搭配一台开式蒸发器连接到分盐结晶器011(结晶器可以配置为离心机，或者冷却结晶等)通过左侧第一组蒸发系统，蒸发过程中的料液通过泵浦9(即循环泵浦)转移到蒸发器E2，E2蒸发器通过大气交换的方式对料液同步浓缩一直到结晶临界点，E2蒸发器有2个重要的功能，第一保证左侧的内循环蒸发系统吸收冷凝室的蒸发热，进行热量回收利用；第二、一直浓缩料液，直到料液进入结晶器。E2蒸发器通过大气交换的方式蒸发料液的同时为蒸发系统的冷凝室提供能量降温，保证的稳定控制在50-55℃，E2蒸发器有进气口和排气口，分别进入干燥的冷的新空气，排气口排出含有饱和水蒸气的湿度空气，E2蒸发器和左侧蒸发系统联动同步工作的。循环蒸发料液的泵浦担负2种任务，首先吸收左侧冷凝室的蒸发热，其次是为料液大循环在E2蒸发室蒸发料液。泵浦还被用于转移料液到结晶器，根据料液的浓度和饱和点进行控制工作的。此种工作系统的能效比≈2(若以电能计算860Kw/2＝430Kw蒸发每吨水)。

根据空气不同温度下的含水量推算，本发明实施例提供的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统(简称本系统)在4效状态下从每效的蒸发量大致是(蒸发系统按蒸发量1吨/H设计基础)第一效：蒸发量≈410-500Kg/H，第二效：≈120-200Kg/H，第三效：50-100kg/H，第四效300-420kg/H(由于第四效是开式蒸发，这一过程中空气循环是无限的，一直蒸发到最后阶段接近料液临界点饱和状态为止，第四效开式蒸发器，蒸发量约等于闭式循环蒸发机组的最后一组的蒸发量，由于前面一效或者几效的蒸发系统通过阶梯温度回收热能，所以整个系统如果是4效蒸发系统组合，那么就是60-70％热能在系统里面循环利用不断回收，那么第四效的负荷就是总能量热能的30％，才能保证前面系统的能量平和协调正常运行)。

能量回收热泵蒸发系统1

热泵系统在于完全提供一套内循环密闭的蒸发系统，针对外界没有任何排放气体，更符合环保环境政策，其工作原理同上，只是热泵机组通过回收冷凝室的蒸发潜热，从新压缩成高位热能循环重复利用，能效比更高，更绿色环保节能系统占地面积小，自动化性能更强，这种设计系统能效比一次性是3-4COP(大致换算是860/3.5＝246Kw/蒸发吨水)

热泵机组负责把蒸发系统冷凝室的潜热回收出来，重新压缩成高温的热水80-95℃，然后同换热器H2把热量重新输入给蒸发室料液，这样热能不停循环利用，蒸发每吨水中途每小时只需要补充90-246Kw热能既可以。

能量回收热泵蒸发系统234

热泵蒸发系统如组合2组蒸发模块2组冷凝模块既可以达到2效能再乘以热泵效能3-3.5，那就是2*3＝6(接近6效能耗)，如果3组系统加热泵机组的能效就是3*3＝9效后面最高是做到4*3＝12效(此种系统能耗最低≈860Kw/12＝72Kw蒸发每吨水能耗，另外在加上风机马达泵浦能耗25Kw，总计蒸发每吨水≈90-95Kw，≈MVR蒸发系统的能耗，因mvr是当今最具有节能的先进蒸发系统)相对应的如果系统做的能耗越低，系统规模就越庞大，投资就越高。

本发明所述的1效即系统蒸发一吨水所消耗电量为860kw，例如1.5效即表示蒸发一吨水所消耗电量为860/1.5，以此类推，3效即系统所耗电量为860/3。

与现有技术相比，本发明提供的系统集成模块化设计，结构简单，并利用料液的温度逐级温差，进行阶梯度的蒸发、以及显热和潜热的逐级逆向回收吸收重复利用，每一个下级循环的料液返回吸收上一级循环料液的潜热和显热，提高了蒸发的效率；同时系统蒸发单元内采用产生模拟降雨料液分布机构切割分散混合料液，增加了空气和料液接触面积，水汽交换效果达到95-98％；以及蒸发单元内设置连续固液分离装置，保证蒸发单元内形成的固体结晶不会堵塞槽口。

应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于包括：

一个以上的废水处理单元，其用以将进入的料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，以将非挥发性组分结晶分离，其包括：

料液循环单元，包括料液循环槽，至少用以容置料液；

蒸发单元，包括：

蒸发室，所述蒸发室内具有复数个沿轴向方向层叠设置的料液分布缓冲机构，从料液循环槽输入的料液由最上部以模拟降雨的方式依次流经复数个所述料液分布缓冲机构，而将浓缩的料液返输至料液循环槽中，所述料液分布缓冲机构包括一多孔斜板，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板的倾斜方向相反，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板上的孔非对称设置，相邻料液分布缓冲机构的多孔斜板上的孔相互交叉设置，孔的形状、大小相同或不相同；

第一进气模块和第一排气模块，所述第一进气模块和第一排气模块相对设置于蒸发室的两侧，并至少用以将进入蒸发室的料液全部挥发性组分蒸发形成蒸汽并输送至冷凝单元，

冷凝单元，包括：

冷凝室，其包括翅片或列管潜热回收冷凝器，至少用以将输入冷凝单元的蒸汽冷凝形成蒸馏液并输往蒸馏液槽，

第二进气模块和第二排气模块，所述第二进气模块和第二排气模块相对设置于冷凝室的两侧，其至少用以将蒸发室形成的蒸汽输送至冷凝室，并将干燥的气体输送至蒸发室；其中，所述第二进气模块与第一排气模块连接，第二排气模块与第一进气模块连接，

蒸馏液槽，至少用以容置所述蒸馏液；

热能供给-回收换热单元，其至少用以从所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的包含供给吸收循环热能的功能单元中回收热能，以及向所述空气循环能量回收废水蒸发分盐系统的需要补充热能的功能单元中提供热能。

2.根据权利要求1所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述料液分布缓冲机构还包括料液缓冲槽，所述料液缓冲槽的下部与所述多孔斜板连接；任一所述料液分布缓冲机构的多孔斜板还与相邻料液分布缓冲机构的料液缓冲槽的上部连接。

3.根据权利要求2所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述料液缓冲槽的底部设置有一个以上的第一排水口，所述料液缓冲槽的下部与多孔斜板连接处设置有一个以上的第二排水口。

4.根据权利要求3所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一排水口和/或第二排水口呈扁条形。

5.根据权利要求1所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述料液循环槽包括料液储槽和高位料液储槽，所述料液储槽设置于蒸发单元的下方，高位料液储槽设置于蒸发单元的上方，所述料液储槽和高位料液储槽经循环泵浦连接。

6.根据权利要求5所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述高位料液储槽的底部与蒸发室的顶部连接，至少使高位料液储槽内的料液能够通过重力自动流入蒸发室内。

7.根据权利要求1所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一排气模块经循环风机与第二进气模块连接；所述第一进气模块和/或第二进气模块包括经第一气流通道连接的第一进气口和第二进气口，所述第一进气口设置于第一气流通道的顶部，且所述第一进气口的轴线方向和第二进气口的轴线方向垂直设置。

8.根据权利要求7所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一进气口和第二进气口均为沿气流方向半径逐渐增大的喇叭状。

9.根据权利要求7所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第二进气口的开口处还连接有带有网孔的第一挡板。

10.根据权利要求7所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一进气模块的第一气流通道内设置有空气分布格栅，所述空气分布格栅于第一气流通道内的位置可以调节。

11.根据权利要求7所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一排气模块和/或第二排气模块包括经第二气流通道连接的第一排气口和第二排气口，所述第二排气口设置于第二气流通道的顶部，且所述第一排气口的轴线方向和第二排气口的轴线方向垂直设置。

12.根据权利要求11所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一排气口和第二排气口均为沿气流方向半径逐渐减小的喇叭状。

13.根据权利要求11所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第一排气口的开口处还连接有带有网孔的第二挡板。

14.根据权利要求13所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第二挡板上的网孔数量由下至上逐渐减少。

15. 根据权利要求11所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述第二排气模块的第二气流通道内设置有水汽分离除雾装置，其至少用以分离蒸汽中的杂质。

16.根据权利要求1-15中任一项所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于包括：料液存储桶，所述料液存储桶经热泵机组与料液循环槽连通；以及

所述料液存储桶还经循环泵浦与冷凝室中的翅片或列管潜热回收冷凝器连接。

17.根据权利要求16所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于：所述翅片或列管潜热回收冷凝器内具有供料液循环流通的管腔。

18.根据权利要求16所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于包括两个以上的废水处理单元，任一废水处理单元的料液循环单元经循环泵浦与相邻废水处理单元的翅片或列管潜热回收冷凝器连接。

19.根据权利要求18所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统，其特征在于相邻两废水处理单元的料液循环单元之间经循环泵浦连接。

20.一种节能空气能交换常压大气蒸发废水处理方法，其特征在于包括：

提供权利要求16或17或18或19所述的空气循环能量回收废水蒸发分盐系统；

料液存储桶内的料液依次流经热泵机组、料液循环单元、蒸发单元和冷凝单元，料液中的全部挥发性组分蒸发形成蒸汽，之后冷凝形成蒸馏液排出，料液中的非挥发性组分结晶分离。